Наверное, сейчас настало время, когда, рассказывая о новых достижениях генетики, можно уже не объяснять подробно, что материальным субстратом наследственности служит ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота.
Примем это как хорошо знакомую истину, как исходную точку: через тысячные вереницы поколений наследственные свойства пронесены неизменными; в растущем организме клетка, делясь, производит свои точные копии потому, что вся информация закодирована в ДНК.
В ее гигантских молекулах, хорошо видных под электронным микроскопом, информация хранится записанная бесконечным чередованием четырех азотистых оснований: аденина, тимина, гуанина и цитозина (А, Т, Г, Ц).
Конечно, это не значит, что, например, сочетанием АТГ закодированы черные глаза, а ТГЦ - голубые. ДНК содержит информацию только о составе белков, и информация эта передается не прямо, а через цепочку информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК).
Последовательность оснований в ней такая же, как и в ДНК, но тимин заменен урацилом. Только на и-РНК синтезируются белковые молекулы. А уж от их набора, состава и времени появления в клетке зависят судьбы роста клеток.
Одни клетки растут быстрее, другие отстают, превращаются в третьи - и в результате этого сложнейшего взаимодействия возникает целый комплекс признаков, который мы называем организмом.
В этой стройной и крепко аргументированной теории есть свои подводные камни, которые сразу заметит внимательный читатель. Хорошо, скажете вы, допустим, что ДНК - хранилище генетической информации. Но не кажется ли вам, что природа избрала не самое надежное средство хранения?
Молекула ДНК огромна, но это только молекула. Тепловое движение атомов, химические процессы, кванты излучения непрерывно меняют ее строение. Информация искажается, смысл ее тонет в хаосе помех, как радиопередача в шуме.
Пусть будет испорчен только один ген - и организм вырастет уродом. А так как в организмах тысячи генов, то вероятность благополучной передачи информации от гена к признаку становится равной нулю.
Возражение это очень серьезное и его нужно рассмотреть основательно, тем более, что люди, которым претит физико-химический подход к изучению наследственности (а их и сегодня немало), поднимают его на щит как главный аргумент против завоеваний молекулярной генетики.
Как на бумаге, где звуки кодируются буквами, описка или опечатка искажает смысл написанного или напечатанного, замена основания в ДНК - мутация - исказит состав белка.
Говорят, одна из газет при описании коронации последнего русского царя Николая II допустила опечатку в слове «корона». Получилось следующее:
"Митрополит возложил на голову его императорского величества ворону."
Правда, на следующий день появилось исправление редакции, но с новой опечаткой:
"В прошлом номере по прискорбной случайности была допущена опечатка: "Митрополит возложил на голову его императорского величества ворону" (надо читать - корову)".
Но вернемся к ДНК. Если в результате мутации в гене гемоглобина у человека шестая тройка оснований изменится с ГГТ на ГТТ, в гемоглобин включится не глутамин, как это бывает в норме, а другая аминокислота - валин.
Если и от отца, и от матери ребенку достанутся такие мутантные гены, ребенок погибнет от особой формы анемии. В первом примере опечатка, вероятно, погубила карьеру редактора. Второй пример еще более печален. А ведь изменена только одна буква генетического кода, тогда как их в человеческих хромосомах миллионы!
Значит, код должен быть максимально надежным, опечатки должны быть как можно более редкими. Еще лучше, если те, редкие, которых уж никак не избежать, - будут исправляться в процессе работы каким-то "молекулярным корректором".
И, наконец, если и "Корректор" почему-нибудь не сработает, опечатка не должна сильно искажать смысл сообщения, то есть изменять свойства белка.
Все эти способы широко используются природой. Есть ли в клетках "молекулярный корректор", исправляющий опечатки по мере их возникновения? Вспомним строение молекулы ДНК: она состоит из двух цепочек, при этом цепочки противоположны друг другу, как негатив и позитив: гуанин первой цепочки соединяется с цитозином второй, аденин первой - с тимином второй, так что последовательности ГТАЦ в одной цепочке соответствует ЦАТГ в другой.
Естественно, ученых в первую очередь заинтересовал вопрос - на обеих ли цепочках закодирована информация или только на одной? Довольно скоро выяснилось: информационная РНК синтезируется только на одной цепочке. Зачем же тогда вторая?
Прежде всего для воспроизведения самой ДНК: разошедшиеся цепочки могут подстраивать себе недостающую половину. Но не только для этого. Есть, например, фаг под условным названием ФХ174. Он паразитирует в бактерии - кишечной палочке.
ДНК этого фага состоит из одной цепочки, но, попав в бактерию, она немедленно пристраивает себе вторую половинку. Теперь допустим, что одна из цепей повреждена: одно из оснований, например цитозин, вырвано из последовательности. Но на второй цепочке осталось основание, прежде с ним связанное, - гуанин.
Он-то и выберет из клетки свою пару (а в клетке всегда достаточно "свободных" оснований) и поставит ее в первую цепочку на пустое место. Этим удивительным процессом управляют в клетке ферменты, которые мы по праву можем назвать молекулярными корректорами.
Известный биофизик Р. Сетлоу полагает, что они исправляют не менее 99% всех мутаций, а уж если процент мутаций возрастает, то только потому, что разладилась система действия ферментов-корректоров. Ну, а если корректоры спасовали или мутация захватила обе цепочки ДНК?
Тогда вступают в действие новые принципы защиты наследственной информации от помех, и первый из них - вырожденность генетического кода.
Спасибо за просмотр, ставьте лайки и подписывайтесь на канал!)